纖毛和鞭毛的研究從細胞運動的經典生物物理延伸到纖毛作為信號中樞的新範式。纖毛病變（ciliopathies）的遺傳基礎揭示了初級纖毛在發育和恆定中的核心角色。
軸突內運輸（Intraflagellar Transport, IFT）
纖毛沒有核糖體，所有蛋白質必須在細胞質合成後運輸到纖毛內。IFT 系統是纖毛組裝和維持的核心機制（Kozminski et al., 1993，在 Chlamydomonas 中首次觀察到）：
- IFT-B 複合體（~16 個次單元）：與 kinesin-2 馬達結合，驅動從基體到纖毛頂端的順行運輸（anterograde）
- IFT-A 複合體（~6 個次單元）：與 cytoplasmic dynein-2 結合，驅動從頂端到基體的逆行運輸（retrograde）
- BBSome（BBS 蛋白複合體）：調控特定膜蛋白的纖毛進出
IFT 蛋白的突變導致纖毛組裝失敗——在小鼠中常為胚胎致死（Hh 信號缺陷導致嚴重發育異常）。hypomorphic 突變允許部分纖毛功能，表現為纖毛病變的多樣臨床譜。
纖毛的轉變區（Transition Zone）
纖毛基部的轉變區（TZ）作為「分子閘門」（ciliary gate），控制蛋白質和脂質的纖毛進出。TZ 含有 Y-shaped linkers 連接微管和纖毛膜。NPHP（nephronophthisis）和 MKS（Meckel syndrome）蛋白模組在 TZ 形成兩個相互作用的複合體，其突變導致不同嚴重程度的纖毛病變。
纖毛膜的脂質組成不同於細胞質膜——富含 PI(4,5)P₂ 到 PI(4)P 的轉換（由 INPP5E 催化），這種脂質轉換對 Hh 信號的正確進行至關重要。
Hedgehog 信號的纖毛依賴性
脊椎動物（但非果蠅）的 Hh 信號必須在初級纖毛中進行：
- Hh 配體不存在時：Patched（PTCH1）定位在纖毛膜上，阻止 Smoothened（SMO）進入
- Hh 結合 PTCH1 → PTCH1 離開纖毛 → SMO 遷移到纖毛膜
- 纖毛中的 SMO 活化 → 抑制 Sufu-Gli 複合體 → Gli2/3 的活化態（GliA）在纖毛頂端產生
- GliA 沿 IFT 逆行運輸到基體 → 進入細胞核 → 活化靶基因
基底細胞癌（BCC）最常見的驅動突變是 PTCH1 功能喪失或 SMO 活化突變。Vismodegib（SMO 抑制劑）是 FDA 核准的 BCC 標靶治療。
纖毛在腫瘤中的雙面角色
有趣的是，初級纖毛在不同腫瘤中可以是促癌或抑癌的：
- BCC 和 medulloblastoma（SHH 亞型）：需要纖毛來傳遞異常活化的 Hh 信號 → 纖毛促癌
- 胰臟癌和 KRAS 驅動的腫瘤：初級纖毛通常喪失 → 纖毛可能透過 Hh/PDGF 信號的正常化起抑癌作用
這種脈絡依賴性（context dependency）使纖毛靶向治療策略需要考慮腫瘤的特定驅動通路。